Técnicas de mejoramiento de suelos. Aplicaciones en Viet Nam

Resumen

La problemática de la
ejecución de obras viales sobre suelos blandos ha devenido
en la realización de estudios diversos a nivel mundial
sobre el tema. En la actualidad se conocen diversas
técnicas de mejoramiento de las propiedades
físico-mecánicas para estos tipos de suelos, en
especial su resistencia, de sus parámetros
deformacionales, impermeabilidad y otras con el objetivo de poder
trabajar con ellos sin llegar a su sustitución
total.

En el presente trabajo se abordarán
estas técnicas con el propósito de tener un
conocimiento general sobre las mismas que permita decidir su
empleo o no, en un caso específico y realizar
análisis de posibles variantes.

Introducción

Es común enfrentar el problema de
importantes asentamientos en estructuras o terraplenes de obras
viales o industriales que se fundan sobre suelos cohesivos
blandos y muy blandos (arcillas y limos saturados).

En dichos casos, el proceso de asentamiento
puede durar años, lo cuál naturalmente complica o
impide la terminación completa de las obras asociadas en
plazos razonables.

Antiguamente se utilizaban como soluciones
a esta problemática geotécnica básicamente
dos alternativas: el cambio de suelos o los drenes (o pilotes) de
arena. Mientras la primera solución está limitada
por la magnitud del volumen a cambiar, la segunda constituye un
método costoso y lento en grandes áreas.

En años recientes se han
desarrollado varias técnicas para el mejoramiento de
suelos para fines de construcción de explanaciones viales,
cimentaciones de edificios, túneles, etc., las que
seguidamente se enumeran y estudian de manera general:

• 1. Compactación profunda
  mediante Vibro Flotación y Vibro Sustitución de
  Suelos (columnas de grava)

• 2. Las Inyecciones a los Suelos
  (Jet-Grouting. e Inyecciones de
  Compensación.)

• 3. Sistema de
  Pantallas.

• 4. Compactación
  Dinámica.

• 5. Sistema de drenaje vertical
  mediante Mechas Drenantes.

Las técnicas de mejoramiento de
suelos consisten en modificar las características de un
suelo por una acción física (vibraciones por
ejemplo) o por la inclusión en el suelo, de una mezcla de
un material más resistente, con el fin de:

– Aumentar la capacidad y/o la resistencia
al corte y la respuesta esfuerzo-deformación.

– Disminuir los asentamientos, tanto
absolutos como diferenciales, y acelerarlos cuando
sucedan.

– Disminuir o eliminar el riesgo de
licuefacción en caso de terremoto o de vibraciones
importantes.

– Igualmente se busca que no sea
susceptible al agrietamiento, mejorar su resistencia a la
erosión y, en casos específicos se procura
disminuir su permeabilidad.

Los ámbitos de aplicación de
las distintas técnicas dependen esencialmente de la
naturaleza y la granulometría de los terrenos que se desea
mejorar.

DESARROLLO

Compactación profunda mediante Vibro
Flotación y Vibro Sustitución de Suelos (columnas
de grava)

Vibroflotación: En esta
técnica se utiliza una sonda de gran tamaño o
vibroflot, que está constituido por un tubo
cilíndrico por el que se inyectan abonos de agua en su
parte superior e inferior y está dotada de pesas que giran
excéntricamente para provocar un movimiento vibratorio en
el plano horizontal. La sonda tiene unos 40 cm de
diámetro, 2 metros de largo y una masa de alrededor de 2
toneladas.El equipo vibrador puede colgarse desde una grúa
grandes profundidades o montarse sobre equipos neumáticos
(camionetas, tractor) a menores profundidades.Ventajas• A
diferencia de la compactación dinámica, la
vibroflotación funciona bien en caso de napas altas.•
El plazo de ejecución es mucho más breve que
cualquier otro método de mejora del suelo.• No es
necesario realizar cambios de suelos con los inconvenientes
ambientales que ello implica.

Vibro sustitución: Esta
técnica utiliza un vibrador o sonda de gran tamaño
similar al vibro flot, pero sin dispositivos para inyectar
chorros de agua arriba y abajo. El vibrador se suspende de una
grúa y se introduce en el suelo, luego de desplazarlo
gradualmente debido al efecto de su propio peso y del movimiento
vibratorio horizontal. Cuando llega a la profundidad requerida,
se retira el vibrador y se llena el agujero con una
pequeña cantidad de agregados con tamaño inferior a
75 mm. Luego se introduce nuevamente el vibrador para compactar
el agregado o desplazarlo hacia el suelo circundante.

Ventajas:

– Reduce asentamiento de las
cimentaciones.

– Incrementa la capacidad portante,
permitiendo reducir las dimensiones de fundaciones
superficiales.

– Mitiga el potencial a la
licuefacción

– Estabiliza taludes

– Permite construir sobre
rellenos

– Permite todo tipo de fundaciones
superficiales

– Elimina "Lateral Spread" sismo
inducido

Construcción de Columnas de
Piedra.

Los dos métodos para la
construcción de columnas de piedra vibradas
son:

 Método Húmedo,
Material es aportado desde arriba (Sustituido): En esta
técnica, un jet de agua es usado para remover el material
blando, estabilizar la perforación y asegurar que el
material de aporte llegue al fondo a la punta del
vibrador.

Método Seco, utiliza el
aire: 

Construcción de Columnas de
Balasto

La técnica de las columnas
balastadas es una extensión de la vibroflotación a
los terrenos que contienen capas de limo o arcilla, cuyos
elementos se pueden variar por la vibración. Las columnas
balastadas permiten tratar estos suelos por incorporación
de materiales granulares (generalmente llamado balasto)
compactados por etapas. Estas columnas también se pueden
hacer de mortero o cemento.

Las Inyecciones a
los Suelos (Jet-Grouting. e Inyecciones de
Compensación)

Las inyecciones genéricamente
consisten en un conjunto de operaciones necesarias para rellenar
huecos o fisuras no accesibles en el terreno. Su objeto
fundamental es mejorar las características
mecánicas del suelo (incremento de resistencia,
disminución de la deformabilidad, etc.) así como la
disminución de la permeabilidad.

Objetivos de las inyecciones:

1. Consolidación y estanqueidad en
suelos y rocas (de gran utilidad en zonas
cársicas)

2. Creación de pantallas para la
impermeabilización de las cortinas de las presas de
tierra.

3. Posibilidad de utilizar lechadas de gran
penetrabilidad con soporte de cemento Pórtland, para
calzar y reforzar las cimentaciones de las
edificaciones.

4. Rellenar cavidades, cavernas, (de gran
utilidad en zonas cársicas) mediante lechadas especiales
que permiten también sellar fisuras, mejorar la
impermeabilidad, fijar la cal libre, así como aumentar la
resistencia a cortante de los suelos.

5. Inyecciones especiales para lograr la
estanqueidad térmica y para protección contra la
contaminación química o radiactiva.

La técnica del Jet-Grouting
consiste en lograr la desagregación del suelo (o roca poco
compacta), mezclándolo, y parcialmente
sustituyéndolo, por un agente cementante (normalmente
cemento). La desagregación se consigue mediante un fluido
con alta energía, que puede incluir el propio agente
cementante. Tiene múltiples aplicaciones (mejora del
terreno, impermeabilización, túneles, etc.), siendo
el fluido de perforación también variable (cemento,
bentonita, mezclas químicas,

Las Inyecciones de
Compensación: Son un tipo especial de inyección
de sustancias aglomerantes a los suelos, que se emplean
generalmente para prevenir asentamientos y deformaciones
provocadas por las presiones que ejercen los cimientos de las
edificaciones, las presiones activas de los suelos que sostienen
los Muros de Contención, mediante la inyección de
materiales que generan presiones y pequeños movimientos
controlados que contrarrestan los asentamientos y las
deformaciones.

Son muy utilizadas durante la
construcción de túneles en zonas urbanas y en zonas
especialmente sensibles, en el refuerzo de muros de
contención, etc

Realización de una
inyección de compensación en muros
verticales

Sistema de
Pantallas

Las pantallas insertadas en los suelos
pueden tener dos propósitos diferentes:

1. Impermeables o de
impermeabilización. 2. Drenantes

Algunos de los materiales más usados
en estas pantallas impermeables son: hormigones
hidráulicos de consistencia plástica, paneles de
polietileno expandido de alta densidad (PEAD), mezcla de
bentonita con Cemento Pórtland

Las Pantallas Drenantes consisten en, una
vez ejecutadas previamente las excavaciones, el empleo de
materiales filtrantes como las gravas y las arenas, de manera tal
de permitir el paso del agua pero de forma controlada. Esta
técnica se emplea en:

– Estabilización de laderas y suelos
inestables.

– Captación de agua.

– Para rebajamiento o disminución
del nivel freático

Pantallas atirantadas

El sistema de pantallas atirantadas (soil
nail walls) es una técnica de refuerzo del suelo en
taludes y excavaciones. Es una estructura de retención en
la cual se instalan barras perforadas en el suelo a un
espaciamiento relativamente pequeño. Las barras
generalmente no son tensadas y están conectadas a
través de una placa a un revestimiento de hormigón
proyectado o vaciado en sitio.

Compactación
Dinámica

La compactación dinámica
(C.D.) es una técnica cuyo fin es el de mejorar las
propiedades mecánicas del suelo densificándolo e
incrementando su capacidad portante. Dicha densificación
se produce gracias a la creación de ondas de
compresión y de corte de muy alta energía. Esta
técnica fue desarrollada por L. MENARD en 1969.

Compatación dinámica
(fotografía de Menard)

Esta técnica consiste en dejar caer
martillos muy pesados sobre una superficie de suelos granulares
sueltos o de suelos adhesivos blandos con el fin de aumentar su
densidad. Para levantar el martillo que usualmente tienen una
masa que varía entre las 6 y 10 toneladas, utiliza una
grúa o un trípode que lo deja caer desde una altura
de 30 metros o más. Es razonable esperar que un martillo
con una masa de 40 toneladas y una altura de caída de 30
metros, produzca un aumento significativo de la densidad hasta
una profundidad de 15 a 20 metros (Leonard d et al, 1980). El
impacto producido por la caída del martillo forma un
cráter en la superficie del terreno y envía
violentas ondas de choque que viajan a través del suelo y
provocan la licuo succión de suelos granulares, la cual es
seguida por una densificación. En suelos cohesivos el
impacto genera una presión intersticial muy alta que es
seguida por una consolidación. La presencia de fisuras
contribuye a la rápida disipación de la
presión intersticial y, por tanto, ayudan a la
rápida consolidación.

Masa usada para la
compactación

Sistema de
drenaje vertical mediante Mechas Drenantes

En la década de 1930 se
desarrolló en Suecia el concepto de las mechas drenantes,
con velocidades de instalación mucho más altas, lo
cuál redunda en ahorros de costos y plazos incomparables
con las alternativas ya existentes.

En la práctica, las mechas drenantes
se utilizan en situaciones de consolidación en las que el
suelo a tratar es de moderada a altamente compresible, con un
coeficiente de permeabilidad bajo y totalmente saturado en su
estado natural. Tales suelos son descritos típicamente
como limos, arcillas, limos y arcillas orgánicas, turba y
fangos.

Las mechas drenantes son geocompuestos que
se instalan en forma vertical por hinca en terrenos cohesivos
blandos y que tienen la propiedad de filtrar las
partículas de suelo, drenando el agua y consiguiendo de
esta manera la aceleración del proceso de
consolidación para disminuir en forma significativa el
tiempo de asentamientos de terraplenes sobre suelos blandos. En
este proceso el suelo mejora sus propiedades de resistencia al
corte también.

Esquema de ejecución de las
mechas drenates

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE
LAS MECHAS DRENANTES:

Las mismas son fajas de material
sintético (plástico o textil) fabricadas
industrialmente en rollos (ver Tabla 18), las mismas son de
sección rectangular, de unos 10 cm. de anchura y de 3
ó 4 mm de espesor, de estructura alveolar y dotada de
perforaciones de muy pequeño diámetro que la hacen
permeable, listas para cumplir su rol, con las mismas pueden
alcanzarse profundidades de más de 40 m. El ancho
más común de estas mechas es de 10 cm. y suelen
colocarse a tresbolillo con espaciamiento entre ellos del orden
de 10 diámetros equivalentes.

Si se comparan con los tradicionales Drenes
Verticales de Arena, las Mechas Drenantes presentan importantes
ventajas que seguidamente se enumeran:

• 1. Elevada capacidad de
  evacuación de agua.

• 2. Permeabilidad alta y conocida
  de antemano.

• 3. Se logra buena resistencia
  mecánica en el suelo tratado.

• 4. Mayor limpieza y rapidez o
  rendimiento en su realización.

• 5. Posibilidad de alcanzar grandes
  profundidades (hasta los 50 m.)

Máquina para hacer los Drenes
Verticales con Mechas Drenantes.

Colocación de las Mechas
Drenantes

Aplicación
de las técnicas de mejoramiento de suelo

Proyecto de un Vial, en Viet
Nam.

En este trabajo se presenta un ejemplo
práctico del uso de algunas de las técnicas de
mejoramiento de suelos: los pozos de arena y las mechas drenantes
o filtrantes, ambos usados para la consolidación de los
mismos. Las fotos que se presentarán a
continuación, pertenecen a la Autopista Ciudad Ho Chi
Min-Trung-Luong, construida en Viet Nam, desde el año 2005
al 2010, la cual tiene una longitud de 64 Km, para una velocidad
de diseño de 120 Km/h, con un precio de
construcción y montaje de 980 millones de dólares,
incluye un viaducto de hormigón armado de 15 Km de
longitud. El suelo del lugar es cieno. Este material (ver fotos y
videos digitales) fue aportado por los ingenieros civiles Ricardo
Allegues y Edilberto Rodríguez, especialistas de la ECOING
# 25 de Villa Clara, que estuvieron presentes en dicha
construcción, en misión internacionalista. Ver
Anexos.

Suelo del lugar donde se va a emplazar la
obra

Conclusiones

Las técnicas de mejoramiento de
suelo son usadas a nivel mundial, pues posibilitan lograr
convertir un suelo de propiedades mecánicas no
idóneas, para ser usados como material base de un vial u
otra obra de cimentación, en un excelente material; con
alta resistencia al corte, se logra disminuir su
deformaciónón o acelerar esta en un período
de tiempo corto.

En obras situadas en zonas donde los suelos
no sean los especificados por proyectos, estas técnicas
permiten evitar la excavación de los mismos y así
disminuir los volúmenes de movimientos de tierra y por
consiguiente el costo de la obra.

Siempre se deberá valorar el costo
de la técnica a emplear, la disponibilidad de los equipos
y materiales necesarios, pues muchas veces las tecnologías
son muy modernas.

Se hace el aporte de un material bastante
amplio, tanto en fotos como en videos de una forma real de la
ejecución de algunas de estas técnicas de
mejoramiento de suelos, que puede ser empleado en la
impartición de las clases de la asignatura
Tecnología y Construcción de Carreteras y
Aeropistas, en la Facultad de Construcciones de la Universidad
Marta Abreu, de Villa Clara.

Bibliografía

http://www.carreteros.org/normativa/pg3/articulos/6

http://www.centraic.com/pantallas
atirantadas

http://www.menard.es/Compactación
Dinámica

http://www.geocisa.com/drenesmecha.html

http://www.soletanche-bachy.com.ar

Tecnología de Construcción de
Explanaciones, Pedro Orta, Edit. Félix Varela,
2012.

Consulta a Especialistas de la ECOING # 25,
de Villa Clara.

Anexos

Colocación del
Geotextil.

Rollos del Geotextil.

Confección del colchón de
arena drenante.

Colocación del colchón de
arena drenante sobre el getextil.

Colocación del colchón de
arena drenante sobre el getextil.

Riego por bombeo (otra forma de
ejecutarlo) para la conformación del colchón de
arena drenante, sobre el geotextil.

Riego por bombeo (otra forma de
ejecutarlo) para la conformación del colchón de
arena drenante, sobre el geotextil.

Drenes de piedras que se hacen a lo largo
del vial cada 30 metros a ambos lados de la vía, en esa
zona se corta la malla de geotextil y por allí sale el
agua que sube por capilaridad de los pozos drenantes.

Máquina usada para ejecutar los
pozos de arena drenantes.

Máquina usada para ejecutar los
pozos de arena drenantes.

Aditamentos de hormigón armado que
se colocan sobre el nivel de la malla de geotextil y sirven para
medir los asentamientos cuando se coloca el sobrepeso, el acero
vertical se forra con un tubo plástico para que la arena
no falsee las mediciones los mismos se ubican 3 en cada
sección transversal de la vía, uno en el centro y
otros dos en los extremos, y son espaciados cada 40
metros.

Aditamentos ya colocados y se observa el
colchón de arena esparcido en la faja del vial, a este
nivel se ejecutan los pozos de arena y luego se vierte el
sobrepeso.

Extendido del sobrepeso.

Ejecución de pozos de arena
drenantes, ver video anexo.

Ejecución de los pozos de
arena.

Ejecución de los pozos de
arena.

Ejecución de los pozos de
arena.

Extendido del colchón de arena
drenante para luego ejecutar los pozos.

Extendido del colchón de arena
drenante para luego ejecutar los pozos.

Preparación de la punta de la
camisa para ser hincada.

Punta de la camisa de los pilotes de
arena.

Ejecución de los pozos de
arena.

Ejecución de los pozos de
arena.

Transportación del
material.

Colocación del
material.

Ejecución de los pozos de arena,
en horario nocturno.

Ejecución de los pozos de arena,
en horario nocturno.

Ejecución de los pozos de arena,
en horario nocturno.

Colocación de mechas drenantes o
filtrantes, ver video anexo.

Colocación de mechas drenantes o
filtrantes, ver video anexo.

Planos del terraplén.

Planos de detalles del
pavimento.

Varas de madera empleadas como otra forma
para mejorar la resisitencia en zonas de suelos blandos, son
usadas en obras de fábrica de tubos, en fondos de
canaletas, sobre las mismas se funde la losa de hormigón,
se colocan alrededor de 30 varas por metro cuadrado, esta madera
tiene la propiedad de tener una alta durabilidad bajo el agua sin
tener pudrición.

Zona donde va una obra de
fábrica.

Hinca de las varas de madera.

Hinca de las varas de madera.

Varas colocadas.

Varas colocadas.

Hormigonado de la losa, sobre las
varas.

Varas colocadas en el fondo de
canales.

Varas colocadas en el fondo de
canales.

Ejecución del Viaducto.

Ejecución del Viaducto.

Ejecución del Viaducto.

Autor:

Ing. Yanexi Reguera
Arboláez

Ing. Gloria Yanely Paz
García

Noviembre

2013